« Récupération d’énergie RF »

Titre : Transfert de Puissance sans Fil pour Alimenter à Distance des Capteurs Connectés
Le transfert de puissance sans fil et la récupération d’énergie électromagnétique sont présentés ces dernières années comme des solutions prometteuses et viables pour alimenter à distance et/ou prolonger l’autonomie énergétique de petits dispositifs électroniques à faible consommation, tels que les capteurs et les actionneurs. Ces technologies sont particulièrement pertinentes dans le contexte de l’internet des objets (IoT), où l’on pressent une explosion du nombre d’objets connectés dans divers domaines (domotique, industrie, transport, médical, etc.) au cours des prochaines années. L’autonomie énergétique de ces objets constitue un véritable obstacle à une mobilité complète, car ils sont souvent alimentés par piles ou batteries. Cela limite leur durée de vie, impose des remplacements réguliers, restreint leur utilisation à des zones facilement accessibles et soulève des enjeux liés au recyclage. Le transfert de puissance sans fil consiste à transmettre de l’énergie par ondes RF et micro-ondes en espace libre, sans support matériel. Le récepteur, souvent désigné sous le nom de « rectenna » (ou radio-pile), est composé d’une antenne de réception, d’un circuit de conversion RF-DC, d’un circuit de gestion d’énergie et d’un dispositif de stockage. L’un des principaux indicateurs de performance utilisés pour évaluer ces circuits est l’efficacité de conversion RF-DC, qui dépend de différents paramètres tels que la fréquence d’opération, le niveau de puissance en entrée et la charge en sortie. La conception et l’optimisation de ce type de circuits nécessitent des connaissances et des compétences en antennes, en théorie des circuits RF et micro-ondes, notamment des circuits non linéaires, et en électronique.
Ce séminaire abordera tout d’abord le contexte, les objectifs, les technologies et les principaux acteurs du transfert de puissance sans fil. Il se penchera ensuite sur les concepts fondamentaux, les généralités, ainsi que sur les composants et architectures des circuits associés. Ce sera également l’occasion de présenter quelques travaux réalisés au sein du laboratoire ESYCOM (CNRS UMR 9007), portant sur: 1) l’optimisation des circuits de récupération d’énergie à faibles niveaux de puissance, 2) l’optimisation des formes d’onde pour accroitre l’efficacité de conversion RF-DC et 3) l’utilisation des méta-surfaces absorbantes dans les circuits rectennas. Enfin, quelques prototypes et démonstrateurs développés au sein du laboratoire ESYCOM dans le cadre de projets et de thèses de doctorat seront également présentés.

Title: Wireless Power Transfer for Remote Powering of Connected Sensors
In recent years, wireless power transfer (WPT) and energy harvesting have emerged as promising and sustainable solutions for remotely powering or extending the energy autonomy of small, low-power electronic devices like sensors and actuators. These technologies are especially relevant in the context of the Internet of Things (IoT), where the number of connected devices across various sectors, such as building automation, industry, transportation, and healthcare, is expected to grow rapidly in the coming years. A key challenge for these devices is energy autonomy, as many are battery-powered. This limits their lifespan, requires regular replacement, restricts their use to easily accessible areas and raises recycling issues. Wireless power transfer involves transmitting energy by RF or microwaves in free space, without requiring a material medium. The receiver, commonly known as a ‘rectenna’, consists of a receiving antenna, an RF-to-dc conversion circuit, an energy management circuit and a storage device. A key metric for evaluating these systems is the RF-to-dc conversion efficiency, which depends on various parameters such as operating frequency, input power level, and output load. The design and optimisation of this kind of circuit requires knowledge and skills in antennas, in the theory of RF and microwave circuits, particularly non-linear circuits, and in electronics. This workshop will first address the context, objectives, technologies and the main worldwide leaders in wireless power transfer. It will then focus on the fundamental concepts and generalities, as well as the components and architectures of the associated circuits. It will also provide a brief overview of some of the work carried out in the ESYCOM laboratory (CNRS UMR 9007) on : 1) optimization of rectenna circuits at low power levels, 2) power optimized waveforms to enhance the RF-to-dc conversion efficiency and 3) the use of absorbing metasurfaces in WPT and Energy harvesting circuits. Finally, some prototypes and demonstrators developed within the ESYCOM laboratory as part of projects and PhD thesis will also be presented.